淺談水電工程高邊坡穩(wěn)定問題的解決方法

黑龍江 聶新華 張仁

淺談水電工程高邊坡穩(wěn)定問題的解決方法

黑龍江 聶新華 張仁

隨著社會的不斷發(fā)展，水利水電工程在國民經(jīng)濟中占有越來越重要的地位。隨著中國大量高壩建設(shè)的進行，有很多高邊坡穩(wěn)定問題就出現(xiàn)在了設(shè)計者的面前。本文就水利水電工程巖質(zhì)高邊坡的加固治理措施做了簡要介紹。

邊坡穩(wěn)定；加固；錨固；抗滑樁；沉井

我國曾有幾十個水利水電工程在施工中發(fā)生過邊坡失穩(wěn)問題，如天生橋二級水電站廠區(qū)高邊坡、漫灣水電站左岸壩肩高邊坡等等。為治理這些邊坡不但耗去了大量的資金，還拖延了工期，成為我國水利水電工程施工中一個嚴峻的問題，有的邊坡工程甚至已經(jīng)成為制約工程進度和成敗的關(guān)鍵。因此，加快水利水電邊坡工程的科研步伐，開發(fā)出一套現(xiàn)代化的邊坡工程勘測、設(shè)計、施工、監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)成為水利水電科研攻關(guān)的重大課題。筆者認為，解決高邊坡的穩(wěn)定的方法主要有以下方法：

一、混凝土抗滑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

1.混凝土抗滑樁

抗滑樁由于能有效而經(jīng)濟地治理滑坡，尤其是滑動面傾角較緩時，其效果更好。因此在邊坡治理工程中得到了廣泛采用。抗滑樁是穿過滑坡體深入穩(wěn)定土層或巖層的柱形構(gòu)件，用以支擋滑體的滑動力，一般設(shè)置于滑坡的前緣附近，起穩(wěn)定邊坡的作用，用于正在活動的淺層和中層滑坡效果較好。為了能使抗滑樁更有效的防止滑坡，在設(shè)置時應(yīng)將樁身全長的1／3～1／4埋置于滑坡面以下的完整基巖或穩(wěn)定土層中，并灌漿使樁和周圍巖土體構(gòu)成整體，設(shè)置于滑體前緣部分，使其能承受相當大的壓力。安康水電站壩址區(qū)兩岸邊坡屬于穩(wěn)定性極差的易滑地層，由于對兩岸進行了大規(guī)模的開挖施工，所形成的開挖邊坡最大高度達200多米，單坡段一般高度在30～40米。大量的開挖造成邊坡巖體的應(yīng)力釋放，斷面暴露，再加上雨水的侵入，破壞了邊坡的穩(wěn)定，致使邊坡開挖過程中發(fā)生十幾處大小不等的工程滑坡，嚴重影響了工程的施工，成為電站建設(shè)中的重大技術(shù)難題。采用抗滑樁是穩(wěn)定安康溢洪道邊坡的主要手段，在263米高程平臺上共設(shè)置了9根直徑1米的鋼筋混凝土抗滑樁，每根樁都貫穿幾個棱體，最深的達35米，樁頂嵌入溢洪道渠底板內(nèi)。為了不干擾平臺外側(cè)基坑的施工，樁身用大孔徑鉆機鉆成，孔壁完整，進度較快，兩個月就全部完成。這9根抗滑樁按兩種工作狀態(tài)考慮：在溢洪道未形成時，抗滑樁按彈性基礎(chǔ)上的懸臂梁考慮，不考慮樁外側(cè)滑面上部巖體的抗力；在溢洪道建成后，抗滑樁樁頂嵌入溢洪道底板，此時按滑坡的下滑力考慮，抗滑樁混凝土標號為R28250號，鋼筋為φ40Ⅱ級鋼。抗滑樁于1982年1月施工，3月完成后，基坑繼續(xù)下挖，邊坡上各棱體的基腳相繼暴露。同年11月，在Fb75與F22斷層構(gòu)成的棱體下面坡根爆破開挖后，發(fā)現(xiàn)在263米高程平臺上沿Fb75、F22斷層及7號抗滑樁外側(cè)近南北向出現(xiàn)小裂縫，且裂縫不斷擴大，21天后7號抗滑樁外側(cè)的Fb75～F22棱體下滑，依靠7號抗滑樁的支擋，樁內(nèi)側(cè)山體得以保存。抗滑樁的應(yīng)用使很多的水利水電工程的高坡得以穩(wěn)定。

2.混凝土沉井

沉井是一種混凝土框架結(jié)構(gòu)，施工中一般可分成數(shù)節(jié)進行，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)沉井的場地布置、受力狀態(tài)及基坑的施工條件等因素決定。在高邊坡工程中，沉井具有抗滑樁的作用和擋土墻的作用。

天生橋二級水電站首部樞紐左壩肩下游邊坡，在二期工程壩基開挖澆筑過程中，曾于1986年6月和1988年2月兩次出現(xiàn)沿覆蓋層和部分巖基的順層滑動。滑坡體長80米，寬45米，高差35米，最大深度9米，方量約2萬立方米。為了避免1988年汛后左導(dǎo)墻和護坦基礎(chǔ)開挖過程中滑體再度復(fù)活，確保基坑的安全施工，對左岸邊坡的整體進行穩(wěn)定分析后，決定在坡腳實施沉井抗滑為主和坡面保護、排水為輔的綜合治理措施。沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)沉井的受力狀態(tài)、基坑的施工條件和沉井的場地布置等因素決定，沉井結(jié)構(gòu)平面呈“田”字形，井壁和橫隔墻的厚度主要由滿足下沉重量而定。井壁上部厚80厘米，下部厚90厘米；橫隔墻厚度為50厘米，隔墻底高于刃腳踏面1.5米，便于操作人員在井底自由通行。沉井深11米，分成4米、3米、4米高的3節(jié)。下沉采用人工開挖方式，由人力除渣，簡易設(shè)備運輸，下沉過程中需控制防偏問題，做到及時糾正。合理的開挖順序是：先開挖中間，后開挖四邊；先開挖短邊，后開挖長邊。沉井就位后清洗基面，設(shè)置φ25錨桿（錨桿間距為2米，深3.5米），再澆筑150號混凝土封底，最后用100號毛石混凝土填心。沉井施工包括平整場地、沉井制作、沉井下沉及封底，且其中的沉井下沉和封底是沉井的施工難點。沉井下沉，是沉井的關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的好壞將直接影響工程的質(zhì)量和進度，在下沉?xí)r，應(yīng)盡量減少土體作用在沉井外壁的摩阻力；應(yīng)在混凝土強度達到100%時方可開始挖土下沉；下沉過程中需控制防偏問題，并做好及時糾偏措施等。而封底如不成功，將會導(dǎo)致沉井內(nèi)部出現(xiàn)滲漏。嚴重影響沉井壽命。因此，在封底前，應(yīng)清洗基面；在混凝土強度達到70%時，應(yīng)澆筑混凝土封底。

二、錨固技術(shù)的應(yīng)用（錨索）

1.錨索(桿)制作。錨索材料選用高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼鉸線；錨筋下料時應(yīng)整齊準確。誤差不大于+50毫米，預(yù)留張拉段鋼絞線為1.5米，并注意各單元體長度的不同值；錨索在制作時，應(yīng)將無粘結(jié)鋼絞線繞繞承載體彎曲成u型，并用鋼帶與承載體綁扎牢固；注漿管與隔離架應(yīng)按設(shè)計要求安設(shè)，注漿管底端距孔底20厘米；各單元錨桿的外露端應(yīng)做好永久性標記；制作好的錨索體在運輸和安裝過程中，不能出現(xiàn)死彎折，不得損壞隔離架、注漿管及鋼絞線外包的涂塑層。

2.錨孔注漿。錨桿注漿的注漿材料應(yīng)嚴格按照經(jīng)試驗合格的配比備料，并應(yīng)嚴格按照配合比攪拌均勻；應(yīng)采用水灰比0.4：0.5的純水泥漿。錨孔采用孔底返漿法進行注漿，并且注漿要一次完成，中間不得間斷，待砂漿強度達到設(shè)計強度后，方可進行錨索張拉。注漿過程應(yīng)認真做好現(xiàn)場注漿記錄，每批次注漿都應(yīng)進行漿體強度試驗，試驗不得小于兩組。當錨索張拉鎖定后，應(yīng)向錨頭與自由段間的空隙實施充填灌漿。

三、減載、排水等措施的應(yīng)用

1.減載反壓

減載反壓在邊坡加固治理中應(yīng)用廣泛。減載的目的在于降低坡體的下滑力，其主要方法是將滑坡體后緣的巖土削去一部分，但單單減載有時并不能起到阻滑的作用。最好是與反壓措施結(jié)合起來，即將減載削下的土石堆置于邊坡或滑坡前緣阻滑部位，使之既能起到降低下滑力，又增加抗滑力的良好效果。此措施應(yīng)用于上陡下緩的滑坡效果更好。

2.表里排水

表里排水包括排除地表水和地下水。

排除地表水，是要攔截流入邊坡變形破壞區(qū)的地表水流，包括泉和雨水。如，可在滑坡體外修建攔水溝、排水溝的方法排水；在滑坡體內(nèi)的地表水，可利用地形和自然溝谷，布置樹枝狀排水系統(tǒng)。排除了地表水，可減小滑動力，降低了附近巖土體的含水量或孔隙水壓力，達到了增強抗滑力和提高邊坡穩(wěn)定性的作用。

排除地下水的方法，可根據(jù)地下水的埋深分為淺層地下水和深層地下水排水工程兩種。淺層地下水排水工程可采用截水溝、盲溝和水平鉆孔等方法；深層地下水排水工程可采用截水盲溝、集水井、平孔排水和排水廊道等方法。排除了地下水，將盡可能降低邊坡巖體地下水位，減小滲水壓力，改善邊坡穩(wěn)定條件，提高邊坡穩(wěn)定性。

【1】張智涌.水利水電工程施工技術(shù).中國水利水電出版社，2003,12.

【2】張力霆.土力學(xué)與地基基礎(chǔ).高等教育出版社，2002,7.

（作者單位：黑龍江省水利水電工程技術(shù)學(xué)校）

（編輯 劉麗娜）